JP3015094B2 - 光ファイバー送信システムの歪消去方式とその装置及びシステム - Google Patents

光ファイバー送信システムの歪消去方式とその装置及びシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本装置は光通信システムとしていくつかの応用分野が
あり、例えばケーブルテレビジョンシステムでは通常の
RF信号でレーザー送信機を変調し、光ファイバーケーブ
ルを通して送信するのに使用できる。
［発明の背景］ 本発明はアナログ光通信システムの特にレーザー送信
機により生ずる歪成分を消去する装置と方式に関するも
のである。
近年、光通信システムは各種情報伝達の手段となって
きた。例えば、現在、電話システムでは音声及びデータ
信号の長距離の伝送に光ファイバー技術が利用されてい
る。同じくケーブルテレビジョン網では今や、アナログ
及びデジタルの両者の信号の伝送に光ファイバー技術が
役立っている。光伝送網が設備される前は、ケーブルテ
レビジョンの番組は同軸ケーブルを通じて高周波（RF）
信号で送られていた。光ファイバー送信システムではマ
ルチチャンネルのテレビジョン信号の伝送に通信用レー
ザーが使用されており、RF信号は光源を変調するのに使
われ、変調された光は光ファイバーを通じて送信され
る。
光通信網には事実上無制限の帯域幅とか性能の向上と
かの多くの利点が備わっている。しかしアナログ振幅変
調光伝送送信機においては、高調波歪が大きな障害とな
る。この歪は特に第２高調波歪で信号を伝送するレーザ
ーで発生する。
アナログ光通信システムにおける第２及び更に高次の
偶数調波歪を消去する方式と設備を提供できるのは有益
なことであり、さらにこれらの方式と装置が経済的であ
り、製作が容易で且つ信頼性が大きければより有益であ
ろう。本発明はかかる有益性を備えた方式と装置を提供
するものである。
［発明の概要］ 本発明では光ファイバー伝送経路を通じて信号を送信
する装置を備えており、第１の光源は第１の光ファイバ
ーに接続されており、入力信号で変調されている。第２
の光源は第２の光ファイバーに接続されており、入力信
号の位相を180゜シフトさせる手段を備えており、位相
を180゜シフトした入力信号で変調されている。第１の
光源からの変調光は遠隔端末で受光され第１の出力信号
となり、第２の光源からの変調光は同じく第２の入力信
号となる。第１と第２の出力信号は結合されて両信号に
含まれている偶数調波歪が相殺消去された元の入力信号
に戻ることになる。
第１および第２の出力信号は電気信号としてトランス
で結合される。本発明ではケーブルテレビジョン分配シ
ステムの分野で入力及び出力信号を通常マルチチャンネ
ルのRFテレビジョン信号で送ることが出来ることを実現
した。
本申請の実施例では第１及び第２の光ファイバーは並
行に敷設した等しい光ファイバーで、第１と第２の光源
は対になったレーザーであり、また光ファイバーの遠隔
端での受光設備は同じく同等の光検出器である。この並
行光ファイバーは隣り合わせに束ね一本のケーブルを構
成している。
出力信号の一つまたは両方の振幅が望むバランスにな
るよう調節する手段が備えられている。また出力信号の
一つまたは両方の位相を希望するバランスに調節する手
段もつけられている。
また、本発明では光ファイバー伝送路に信号を送る方
法を提供している。入力信号は対の光ファイバーの第１
の光ファイバーで送信され、第２の光ファイバーでは第
１の光ファイバー信号と位相を180゜ずらせた信号を送
信する。光ファイバー対の末端で受けた位相を180゜シ
フトされた信号は結合されて送信段階で発生した偶数調
波歪を相殺して元の入力信号に戻る。
光送信システムの調整のため入力信号の代わりにテス
ト信号を第１及び第２の光ファイバーの各各に送信す
る。テスト信号は両光ファイバーとも同相で端末で受信
され、第１の光ファイバーのテスト信号を第２の光ファ
イバーのそれと結合し、その結合した信号の振幅をモニ
ターする。光ファイバー対の端末で、この結合信号がゼ
ロになるよう調節する。調節の一手段は受信信号の一つ
のレベルを調節することで、もう一つの手段は光ファイ
バーの一つの有効長を調節することである。
［発明の実施例］ 第１図は本発明に基づく偶数調波の歪成分を消去する
光ファイバー信号伝送装置の一般的にデザインした配線
図を10として表したものである。この様なシステムでは
RF入力端子12が複数のRFテレビジョンチャンネル信号を
受けるために備えられている。信号はすぐにRFスプリッ
タ14に入り、第１と第２のアナログ電気入力信号に分割
される。第１の信号区分はレーザー送信器26に接続され
レーザーを変調し、第１の光ファイバー30を通じて送信
される。レーザー送信器26は端子22から通常の方法でバ
イヤス電圧を供給されている。
スプリッタ14からの第２の信号区分は周知の移相回路
16で位相を180゜シフトされている。広帯域RF変成器を
利用するのも一つの方法であろう。
移相回路16の出力は端子24でバイアス電圧を供給され
た送信器26と同様な第２のレーザー送信器28に接続さ
れ、レーザー28を180゜移相したRF入力信号で変調し、
光ファイバー32を通じて信号を伝送する。
本発明においては光源（即ちレーザー26,28）または
光ファイバー30,32は同一規格のペアーのものを揃える
のが望ましい。またRF信号がレーザー26及び28に夫々端
子18,20で入力することは位相が180゜ずれている以外は
全く同じである。したがって移相回路16は端子18におけ
るRF入力信号の振幅が端子20におけるそれと等しくなる
様なゲインが得られる様に設計する必要がある。
光ファーバー30及び32は同様に同一特性のペアーでな
くてはならず、本実施例では同一の光ファイバーを平行
に一本のケーブルにまとめ敷設してある。光ファイバー
30,32の物理的な長さを等しくするためにケーブル被覆
内で両者を接着するか又はその他の方法で結合しておか
ねばならない。光ファイバー30,32の物理的な要求規格
は送られる信号のタイプ及びパワーとケーブル敷設長な
どを含めその通信システムの規格により指圖される。マ
ルチチャンネルケーブルテレビジョン送信に使用される
光ファイバーは、商業ベースで使用されているものでよ
い。この様なケーブルの一例をあげるとコーニングガラ
スのモデルSMF−21があげられる。
平行光ファイバー30,32は同一地点まで敷設され、そ
こで夫々光検出器34,36に接続される。この光検出器は
同一規格値で夫々バイアスル電圧端子38,40を備えてい
る。
光検出器34は光ファイバー30を経てレーザー26で送ら
れてきた変調された光信号を受け、同じく36はレーザー
28からの信号を受ける。端子42,44における光検出器34,
36の出力はレーザー送信器26,28を変調するのに使われ
た位相が180゜ずれたRF入力信号から成り立っている。R
F増幅器46,52が光検出器の出力部に接続されており、出
力信号の大きさを望むレベルまでに復旧する。RF増幅器
の一つは又は両者につき両方の出力信号の振幅が希望す
るバランスに調節出来るよう可変できる。
移相回路48,54が夫々光検出器の出力部に設けられて
いる。この移相回路の一つ又は両者は位相が望むバラン
スに出来る様可変調節出来る。
移相回路48,54は電気信号の位相を調節する周知の手
法から成っており、例えばRC移相回路又は簡単に望む移
相度になる様電気ケーブルの長さを短くするなどの方法
によっている。これは光ファイバー30,32の一つ又は両
方の光ファイバーの長さを交互に調節して信号出力間の
位相を望む関係にすることによる。
RF入力信号を復旧する時点で偶数調波歪を消去するた
めに光検出器からの出力信号の強さをRF増幅器46,52を
調節して等しくすることが必要である。同じ様に出力信
号の位相差を正確に180゜に保つため位相回路48,54を調
節することも要求される。同一振幅で位相を180゜ずら
した信号は平衡な中間タップを持つ一次巻線60と不平衡
の二次巻線62を備えたRF変成器に入力する。信号が完全
に平衡状態で変成器に入力すると両信号は結合されパワ
ーゲインを3dB増やし偶数調波歪が消去される。このRF
出力信号は標準の75オームのインピーダンスをもつ成端
抵抗58を備えた同軸端子56に接続される。第１図の回路
動作は数式では表すことが出来る。レーザー26がRF入力
信号EINで変調され、光ファイバー30が75オームのイン
ピーダンスで成端している単独の光検出器34に接続され
ているとする。この場合75オームの成端に次式で表され
る出力電圧EOUT1が現れる。
EOUT1＝KO＋KIEIN＋K2（EIN）２ ＋K3（EIN）３＋K4（EIN）４＋.. ここでKOは信号中のDC成分で、EINは光ファイバーケ
ーブルから再生した必要な信号で、K2（EIN）２は受信
信号中の第２高調波歪成分、またK3（EIN）３は第３高
調波歪K4（EIN）４は第４高調波歪成分である。
レーザー28に加えられるRF入力信号がEINと位相が180
゜ずれておりこれを“−EIN"で表すと、この場合の光検
出器36からの出力は次式で表される。
EOUT2＝−KO＋KI（−EIN）＋K2（−EIN）２ ＝＋K3（−EIN）３＋K4（−EIN）４＋.... ＝−KO−KIEIN＋K2（EIN）２ ＝−K3（EIN）３＋K4（EIN）４＋..... 上記で判る様にEOUT2では奇数項のすべては負数で、
偶数項のすべては正数となる。したがって、EOUT1とE
OUT2が等しく互いに位相が180゜ずれていると変成器50
が両信号を結合する際EOUT1からEOUT2に減じる様にな
り、その結果偶数項成分はすべて消去されまたすべての
奇数項成分（再生した信号EINを含めて）はパワーが２
倍になる。このため厄介な第２高調波歪成分が消去され
ると同時に復旧したRF信号のレベルは3dB増加する。
変成器50の巻線比が1.41:1で、出力インピーダンス75
オームで巻線60の入力インピーダンスが150オームに設
計されていると75オームにおける結合出力は次式で表さ
れる。
結合出力75Ω ＝1.41KIEIN＋1.41K3EIN 3＋.... 本発明はSN比の改善にも役立っている。ノイズはレー
ザーの相対雑音強度（RIN）、光検出器ノイズおよびRF
増幅器ノイズの様に各部で実際にランダムに発生する。
各部のランダムノイズは変成器50の一次巻線60にパワー
で3dB加わることになり、6dBの信号加算が同時に起こる
ことになる。この結果システム中のランダムノイズ源か
ら3dBのCN比が改善される。端子12におけるRF入力信号
に既に混入しているノイズはすべて随伴することになる
のでこの点についてのSN比は改善されないことになる。
本発明のその他の利点として動作中にレーザー26,28
の一つが故障した場合送信サービルを中断しないですむ
ことである。この場合歪は悪化するけれど、故障したレ
ーザーを処理又は取替えるまでの間番組はそのまま継続
することが出来る。第２図に最初の設置又はその後の保
守時に本発明のシステムの平衡を取るのに用いるテスト
装置を示してある。システムを設置した時は両ケーブル
の物理的長さを等しくすることが肝要である。即ちRF信
号源からレーザー送信器に接続されている同軸ケーブル
すべて及び光ファイバーケーブルの長さを合わせねばな
らない。かくすることで経路中の両信号の位相の180゜
の偏移を保つことが可能になる。上記に関し信号の強さ
及び位相の偏移度の両者の微調整はRF増幅器46,52及び
位相調節部48,54の調節により行われる。
この強度及び位相差の微調整のためにテスト信号をレ
ーザー送信器の夫々の端子18及び20に加える。テスト信
号は全周波数をカバーする例えば50MHZから50MHZのRF連
続波形スイープジェネレーターの様な信号発生器から供
給する。低域フィルタ72が信号発生器70中の最高周波数
（550MHZ）以上の高調波を除去した後75オームのインピ
ーダンス74,76及び78からなる受動スプリッタに入る。
受動スプリッタからの全く等しいテスト信号が端子80,8
2を経て夫々レーザー26,28の端子18,20に加えられる。
レーザー送信機から出力され光ファイバー30,32で送ら
れた信号は強度及び位相が等しい。
システムの受信端末に350MHZあたりに中心をおいた通
常のスイープ検出器（図示していない）をRF出力端子56
に接続する。光検出器34,36の一つまたは両者からのテ
スト信号出力のレベルはRF増幅器46および（または）52
を調節して行う。同様に一方又は両方の経路で受信した
テスト信号の位相は移相器48および（または）54を調節
する。既述のとおり移相器は夫々の伝送経路の有効長を
調節して位相差を予定した180゜に保つ役目を担う。シ
ステムをうまく調整した時スペクトルアナライザは50か
ら550MHZ間でゼロを示す。
一対のケーブルの長さ調整をケーブル経路の一方の長
さを物理的に変更する場合にそなえて、その長さ調整は
バランスを考慮した妥当な長さ（例えば±５フィートの
補正が可能なように）とするか、少なくとも長い方の光
ファイバーの光検出器への補整再接続を可能にするため
二本の光ファイバーのうちどちらが長いかが決め得るに
十分な長さにする必要がある。
［発明の効果］ 光ファイバー伝送システムで偶数調波歪成分の消去が
可能な並行経路システムを提供するとともに、一対の並
行する光ファイバーの一端の各々に送信器を、又他端の
夫々に受信器を接続するようにしたので、送信器は互い
に位相が180゜離れた入力信号を加え変調し、この180゜
位相がずれた信号を受信器で結合し元の入力信号に復旧
する際、送信器で生じた偶数調波歪成分を消去されるこ
ととなる。併せて、上記システムの平衡を適正にますこ
とも可能となっている。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の配線図である。 第２図は第１図の装置の調整に用いる装置の構成図であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−171351（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−284955（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−78536（ＪＰ，Ａ) 実公 昭56−34438（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 10/00 H04B 1/10 H04B 1/74

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光ファイバー伝送経路を経て信号を送る装
    置で、第１の光源と、この第１の光源を第１の光ファイ
    バーに接続する手段と、 第１の光源を入力信号で変調する手段と、 第２の光源と、この第２の光源を第２の光ファイバーに
    接続する手段と、 前記入力信号の位相を180゜偏移させる手段と、 第２の光源の位相を180゜偏移させた入力信号で変調す
    る手段と、 第１の光ファイバーの遠隔端末で第１の光源からの変調
    光を受け、第１の出力信号を得る手段と、 第２のファイバーの遠隔端末で第２の光源からの変調光
    を受け第２の出力信号を得る手段と、 これらの第１と第２の出力信号を結合し、前記入力信号
    に復旧する間に、第１と第２の出力信号中に含まれてい
    る偶数調波歪成分を相殺除去するための手段を含むこと
    を特徴とする装置。
  2. 【請求項２】特許請求項１において、第１と第２の出力
    信号は電気信号で、又結合する手段は変成器からなるこ
    とを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】特許請求項２において、入力及び出力の信
    号はRF信号であることを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】特許請求項１において、第１及び第２の光
    ファイバーは同一の並行な光ファイバーであることを特
    徴とする装置。
  5. 【請求項５】特許請求項１において、第１及び第２の光
    源は同じ規格のレーザーであることを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】特許請求項５において、受光する手段は同
    じ規格の光検出器であることを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】特許請求項６において、第１及び第２の光
    光ファイバーは同一の並行な光ファイバーであることを
    特徴とする装置。
  8. 【請求項８】特許請求項７において、両光ファイバーは
    互いに接合されて一本のケーブルとなっていることを特
    徴とする装置。
  9. 【請求項９】特許請求項１において更に、一方は又は両
    方の出力信号の振幅を必要なバランス状態にするために
    調節する手段を含むことを特徴とする装置。
  10. 【請求項１０】特許請求項９において更に、一方又は両
    方の出力信号の位相を必要なバランス状態にするために
    調節する手段を含みことを特徴とする装置。
  11. 【請求項１１】光ファイバー通信システムで、一対の並
    行した光ファイバーの夫々の一端に送信器を、また夫々
    の他端に受信器を接続し、 夫々の送信器に位相差が180゜離れた入力信号を加え変
    調する手段と、 位相が180゜ずれた信号を受信器で結合して入力信号に
    復旧する際、送信器で発生した偶数調波歪成分を消去す
    る手段を含むことを特徴とするシステム。
  12. 【請求項１２】特許請求項11において、結合する手段は
    変成器から成ることを特徴とするシステム。
  13. 【請求項１３】特許請求項11において更に、結合する手
    段に先立って、位相差が180゜離れた両信号の振幅をバ
    ランスさせるための手段を含むことを特徴とするシステ
    ム。
  14. 【請求項１４】特許請求項11において更に、結合する手
    段に先立って位相が180゜離れた信号間の位相差を調節
    することを含むことを特徴とするシステム。
  15. 【請求項１５】特許請求項14において更に、結合する手
    段に先立って位相が180゜離れた両信号の振幅をバラン
    スさせるための手段を含むことを特徴とするシステム。
  16. 【請求項１６】光ファイバー伝送経路を通じて信号を伝
    送する方法で、一対の光ファイバー中の第１の光ファイ
    バーに入力信号を送信し、光ファイバー対中の第２の光
    ファイバーに第１の光ファイバーと位相が180゜ずれた
    入力信号を送信し、 光ファイバー対の遠隔端末で互いに位相が180゜ずれた
    信号を受信し、 受信した位相が180゜ずれた両信号を結合して元の入力
    信号に復旧する際、送信段階で発生した偶数波歪成分を
    相殺除去する段階を含むことを特徴とする方法。
  17. 【請求項１７】特許請求項16において、第１と第２の光
    ファイバーの各々に入力信号の代わりに両光ファイバー
    とも同相のテスト信号を送信し、 光ファイバー対の遠隔端末で両光ファイバーのテスト信
    号を受信し、 第１の光ファイバーから受信したテスト信号を第２の光
    ファイバーから受信したテスト信号と結合して、 結合した信号をモニターしてその振幅を測定し、光ファ
    イバー対の端末のパラメータで結合信号がゼロになる様
    調節する段階を含むことを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】特許請求項17において、パラメータは光
    ファイバーの一つから受信したテスト信号のレベルであ
    ることを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】特許請求項18において、光ファイバーの
    一本の有効長を結合信号がゼロになる様調節することを
    特徴とする方法。
  20. 【請求項２０】特許請求項17において、パラメータは光
    ファイバーの一本の有効長であることを特徴とする方
    法。
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